现代控制理论入门4:轨迹跟踪

2020-07-02  本文已影响0人  飞多多

轨迹跟踪和参数跟踪有点类似,主要是通过变量替换,然后通过配置参数来消掉方程中的一些额外项、配置极点等。
PART I
轨迹跟踪与参数跟踪最大的区别在于参数是常数,求导之后就等于零,而轨迹跟踪的函数曲线求导后不等于零。因此带来了我们需要额外凑配的系数。
我们假设需要跟踪的函数为f,系统的过程方程仍然为
\dot{x}=Ax+Bu\tag{1}
我们还是定义目标函数与系统状态量之间的误差为新的代换变量y=x-f,同样的,x=y+f, \dot{x}=\dot{y}+\dot{f},带入上式得到:
\dot{y}+\dot{f}=A(y+f)+Bu\tag{2}
整理一下:
\dot{y}=Ay+Af-\dot{f}+Bu \tag{3}
同之前一样,我们要通过配置u来校区Af-\dot{f}两项。我们令u=Ky+Mf+N\dot{f},带入上式中,并整理得到:
\dot{y}=(A+BK)y+(A+BM)f+(BN-1)\dot{f} \tag{4}
通过K来配置y的极点,通过MN消去f\dot{f},最后把K,M,N带入u中,并将y替换成x,就能得到闭环控制的输入u。

PART II

现在\dot{x}=2x+u的实例来进行说明。
假设我们要跟踪的函数是s(t),令y=x-s,则x=y+s, \dot{x}=\dot{y}+\dot{s},带入系统过程方程中,
\dot{y}+\dot{s}=2(y+s)+u \tag{5}
整理得
\dot{y}=2y+2s-\dot{s}+u \tag{6}
u=Ky+Ms+N\dot{s}, 带入上式,得到:
\dot{y}=2y+2s-\dot{s}+(Ky+Ms+N\dot{s})=(2+K)y+(2+M)s+(N-1)\dot{s} \tag{7}
我们选择-1为配置极点,则有:
\left\{ \begin{matrix} K=-3 \\ M=-2 \\ N=1 \end{matrix} \right. \tag{8}
带入u中,并用x替换y, 得到
u=-3(x-s)-2s+\dot{s} =-3x+s+\dot{s} \tag{9}
基于(9)式,我们构建simulink,得到如下图的结果:

pathtrace.png
其中,黄线是信号值,蓝线是系统的状态值,可以看到,系统很快就能跟上我们的目标函数。
以上!
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